冷却速度对镁-铝系合金凝固组织影响的研究

摘要

本文采用不同的铸型条件,以获得不同冷却速度,制备了铝含量从3wt.﹪～38wt.﹪的宽成分范围的镁合金凝固试样.采用OM、SEM等手段观察了合金的显微组织,采用XRD定量分析计算了阶梯金属型试块两个区域显微组织中Mg<,17>Al<,12>相的质量分数,采用DSC和TEM分析了在近共晶成分的合金中出现的特殊共晶组织,依据凝固动力学、热力学理论分析了镁.铝合金共晶生长机制.研究结果表明: 冷却速度的影响作用是:随冷却速度增大,初生树枝晶的晶粒越小,二次、三次枝晶臂发达.在铝含量较低时,随冷却速度增加,凝固组织中β相的析出量增加；在铝含量较高时,随冷却速度增加,凝固组织中β相的析出量反而减少.冷却速度对共晶成分合金凝固组织中β相的析出量几乎没有影响.冷却速度增大,增加了在β相形核前形成大过冷度的可能性,使共晶β相趋向于以离异方式生长.高冷速下发达的树枝晶生长也会增大形成离异共晶组织的倾向. Mg-Al系合金的共晶形貌有着多种类型.随铝含量的增加,共晶组织经历了完全离异、部分离异、粒状到纤维状和层片状共晶的转变.这一系列转变是一个连续的过程,粒状共晶可以看作是规则共晶(共生生长)和非规则共晶(分离生长)的一种过渡形貌.共晶的质量分数处于30﹪～50﹪范围内是Mg-Mg<,17>Al<,12>规则共晶-非规则共晶的过渡区,在此范围内还会受到冷却速度和初生枝晶形貌影响. 在普通铸造的冷却速度条件下,近共晶成分Mg-Al合金的凝固过程中,有可能会形成一种带有板条状鱼脊特征的树枝状共晶组织.即先析出板条状共晶,然后以板条状共晶为树枝主杆,侧向生长出纤维状共晶作为分枝,形成一种特殊形貌的树枝状共晶组合体.

目录

文摘

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1绪论

1.1引言

1.2镁及镁合金的性质

1.2.1镁元素的性质

1.2.2镁合金的性能优势

1.2.3合金元素对镁合金组织和性能的影响

1.2.4 Mg-Al合金的凝固过程

1.3镁-铝合金凝固组织控制研究现状及发展

1.3.1凝固组织的微细化

1.3.2对合金熔体进行变质处理

1.3.3熔体过热法

1.3.3半固态成形细化组织并改善合金性能

1.4本课题的研究背景及意义

1.4.1研究背景

1.4.2课题的意义

1.5本课题的主要研究内容

2实验材料及方法

2.1实验合金材料及铸型

2.2实验设备

2.3合金成分设计及熔制

2.3.1合金的成分设计

2.3.2合金的熔炼及浇注

2.4实验分析方法

2.4.1冷却速度确定

2.4.2成分分析

2.4.3显微组织分析

2.4.4能谱分析

2.4.5 X射线衍射分析

2.4.6透射电子显微分析

2.4.7 DSC(差示扫描量热法)

3冷却速度对镁-铝合金系凝固组织的影响

3.1不同冷却速度条件下Mg-Al系合金的凝固组织

3.2初生枝晶的生长及冷却速度对其的影响

3.2.1初生枝晶随铝含量的变化

3.2.2冷却速度对初生枝晶的影响

3.3冷却速度对Mg-Al合金β相析出数量的影响

3.4 小结

4镁-铝合金共晶凝固组织的形貌及生长机制

4.1 Mg-Al合金系的共晶形貌

4.1.1非规则共晶

4.1.2规则共晶

4.2影响镁-铝合金共晶凝固组织的因素

4.2.1铝含量的影响

4.2.2冷却速度的影响

4.2.3初生枝晶的影响

4.3 Mg-Al合金的共晶凝固机制分析

4.3.1 Mg-9Al合金的非平衡凝固过程动力学分析

4.2.3 Mg-9Al合金非平衡凝固热力学分析

4.4 小结

5高铝含量镁合金中的非正常共晶凝固组织观察与分析

5.1共晶领先相的析出特征

5.2带有板条状鱼脊特征的树枝状共晶组织观察

5.3 DSC分析

5.4板条共晶组织的TEM分析

5.5板条状共晶生长过程机制

5.5 小结

6结论

致谢

参考文献

附录 在校期间发表的论文